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        從起步到全球組網(wǎng)北斗系統(tǒng)如何影響我們的生活?

        2020-08-11 14:25:30周博
        微型計算機 2020年14期
        關鍵詞:導航系統(tǒng)報文北斗

        周博

        為什么我們必須要自己建設北斗系統(tǒng)?

        目前全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會公布的全球4大衛(wèi)星導航系統(tǒng)供應商包括:中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDounavigationsatellitesystem,BDS)、美國的全球定位系統(tǒng)(Globalpositioningsystem,GPS)、歐盟的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Galileonavigationsatellitesystem,Galileo)和俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Globalorbitingnavigationsatellitesystem,GLONASS)。其中最為大眾所熟悉的應該是美國的全球定位系統(tǒng)GPS,而GPS似乎也已經(jīng)成為了全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的代名詞,其實嚴格來講全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的統(tǒng)稱應該是“GlobalNavigationSatelliteSystem,即GNSS”。

        GPS項目的正式建立時間可以追溯到1973年,由美國國防部主導,軍方聯(lián)合開發(fā)建設,共經(jīng)歷了三個階段,最終在1995年具備完全工作能力。但它第一次大規(guī)模使用是在1991年的海灣戰(zhàn)爭,美軍通過大量精準制導武器對伊拉克軍隊實施精準打擊,最終贏得了戰(zhàn)爭勝利。戰(zhàn)后,美國國防部在報告中高度肯定了GPS對未來軍事戰(zhàn)爭的重要性,將戰(zhàn)爭的勝利歸結為“GPS的勝利”,說它是“軍事力量的倍增器”,并且建議國會批準在所有的武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺上安裝GPS裝備。之后,美國在1996年提出GPS現(xiàn)代化計劃,該計劃推動了GPS在民用領域的快速發(fā)展,它將軍民用信號分離,在強化軍用功性能的同時將民用信號從1個增加到4個,除了保留L1頻點上的C/A碼民用信號外,在L1和L2頻點基礎上又加上民用L1C和L2C碼,還新增加L5頻點民用信號。發(fā)展到今天,衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)在測量、農(nóng)業(yè)、救援、監(jiān)測、交通等領域都有廣泛應用。由此可見,美國對于GPS擁有絕對的主導權,一旦美國在某一天不再對外開放GPS服務,那么對于還沒有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家將造成沉重打擊。

        無論是國防還是民生,衛(wèi)星導航系統(tǒng)對于一個國家而言具有相當重要戰(zhàn)略地位,這種關乎國家命脈的核心技術一定要掌握在自己手中。所謂居安思危,這就是我們?yōu)楹我獛资耆缫蝗罩铝ㄔO自己的北斗的原因。

        北斗系統(tǒng)是什么?

        我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設最早可以追溯到20世紀80年代的設想階段,直到1994年,北斗一號系統(tǒng)建設才正式啟動,它又叫北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng),實現(xiàn)我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的從無到有。2004年,北斗二號系統(tǒng)建設啟動,它在有源定位的基礎上增加了無源定位,同時服務范圍也擴展到了亞太地區(qū)。2009年,北斗三號系統(tǒng)建設啟動,終于在今年北斗系統(tǒng)終于提前完成全球組網(wǎng),可以向全球用戶提供服務。北斗三號系統(tǒng)包含30顆衛(wèi)星,這30顆衛(wèi)星相互協(xié)同作用,如一張無形的網(wǎng)將整個地球包裹其中。30顆衛(wèi)星中分別有3顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星,和24顆中圓地球軌道(MEO)衛(wèi)星,三種衛(wèi)星各司其職,在離地球不同距離的軌道運行,提供穩(wěn)定精確的服務。

        相比其他衛(wèi)星導航系統(tǒng),北斗還擁有眾多獨創(chuàng)的優(yōu)勢。信號方面,北斗使用的三頻信號可以更好地消除高階電離層延遲影響,提高定位可靠性,增強數(shù)據(jù)預處理能力,大大提高模糊度的固定效率。此外,三頻信號容錯率更高,當其中一個信號出現(xiàn)問題時,則可以變?yōu)閭鹘y(tǒng)的雙頻信號來使用。功能方面,北斗的短報文功能獨一無二,該功能從北斗一號系統(tǒng)一直延續(xù)到北斗三號系統(tǒng),它不僅可以定位,還可以將自己的位置以短報文的形式發(fā)送給其他人,相當于在導航衛(wèi)星上集成了通信的功能。該功能在沒有移動網(wǎng)絡覆蓋的荒漠、密林、深山、大海等區(qū)域大有用處。比如在汶川地震救災時,在地面通信設施都被破壞的情況下,北斗的短報文功能起到了關鍵作用,為救災贏得了寶貴的時間。值得一提的是,短報文功能經(jīng)過幾代發(fā)展,在北斗三號系統(tǒng)上又有顯著提升,從之前一次發(fā)送120個漢字提升到一次1000個漢字,并且還可發(fā)送圖片信息等,應用場景將會更加豐富。

        從去年開始,核心科學技術的討論一直是大眾關注的焦點,尤其是關于“技術卡脖子”的擔憂一直挑動著大家的神經(jīng),“必須掌握核心技術”幾乎成了大家的共識。不過,關于北斗我們絲毫不用擔心,從北斗項目成立之初,我國始終堅持自主建設、發(fā)展和運行北斗系統(tǒng),全面實現(xiàn)了關鍵器部件的百分百國產(chǎn)化。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程副總設計師謝軍表示:“整個北斗系統(tǒng)建設的時候,實際我們一直是立足于自主可控,星上的產(chǎn)品,關鍵產(chǎn)品,元器件都堅持走國產(chǎn)化這條道路,這個初心,我們一直堅持。到北斗三號,我們?nèi)鎸崿F(xiàn)了星載產(chǎn)品百分之百的國產(chǎn)化?!?/p>

        遠在天邊,近在身邊

        對于普羅大眾而言,日常大家所熟知的衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用應該是手機的地圖導航了,但這僅僅是衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用的冰山一角。事實上,北斗的大眾規(guī)?;瘯r代早已經(jīng)到來,并對我們生活的方方面面產(chǎn)生著潛移默化的影響。

        產(chǎn)業(yè)方面,圍繞北斗,我國形成了一個非常完善的產(chǎn)業(yè)鏈。北斗整個系統(tǒng)大致可以分成三部分,分別是空間端、地面端、用戶端。這三部分都需要大量的上中下游企業(yè)提供服務于支撐,因此形成非常廣闊的市場。而北斗作為國之重器,對于供應商的要求無疑是極高的,這樣倒逼各個供應商不得不持續(xù)不斷研發(fā)更高精尖的產(chǎn)品,提高自身競爭力。以整個產(chǎn)業(yè)鏈中的核心芯片為例,上海司南衛(wèi)星導航技術股份有限公司高精度芯片項目經(jīng)理閆建巧表示:“北斗芯片作為終端產(chǎn)品的‘大腦與心臟,‘芯強則終端強,‘芯小則終端小,芯片技術更直接關系終端體積、重量、成本和性能,也會直接影響北斗下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展?!薄?020中國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》也很好反映了北斗近些年來的發(fā)展成果,數(shù)據(jù)顯示,截至2019年底,國產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1億片,含智能手機在內(nèi)采用北斗兼容芯片的終端產(chǎn)品社會總保有量已超過7億。在中國市場申請入網(wǎng)的400余款具有定位功能的手機中,支持北斗定位的有近300款。

        應用前景方面,小到手機、手表手環(huán),大到飛機、輪船,北斗已經(jīng)被廣泛使用。目前全國有7萬余艘漁船和執(zhí)法船、2萬臺自動農(nóng)機、10萬余套農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管平臺和物聯(lián)網(wǎng)、650萬輛營運車輛支持北斗系統(tǒng)。而現(xiàn)在已經(jīng)組網(wǎng)完成的北斗在未來將向全球用戶提供星基增強、地基增強、精密單位點定位、區(qū)域短報文通信、定位導航授時、全球短報文通信、國際搜救等七大服務。當然,北斗還將會和目前熱門的5G技術相融合,讓未來的智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智慧交通、智慧制造發(fā)揮更大的作用。正如中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其所說:“北斗應用只受人們想象力的限制,沒有做不到,只有想不到?!?/p>

        天有北斗,再無迷途

        汪國真曾說過“你若有一個不屈的靈魂,腳下便是一片堅實的土地?!睆钠鸩降饺蚪M網(wǎng)完成,幾十年風雨兼程,北斗系統(tǒng)在幾代“北斗人”潛心鉆研下終于星耀全球。在當前暗流涌動的國際局勢下,“科技無國界”這個美麗的謊言被無情地刺破,各國都開始有意打造自己的科技壁壘,而北斗的成功在當下無疑為我國科技事業(yè)樹立了一個強有力的榜樣。從此天空將永遠高懸“北斗”,指引無數(shù)仍在迷途中的我國科研工作者繼續(xù)突圍。

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